Page 202 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 198 · 环境工程技术学报 第 13 卷

河流是陆源物质和污染物质进入海洋的重要通 1 研究区域与方法
[1]
道，陆地进入海洋的物 质 85 % 由河流搬运 。河口
1.1 研究区域
区是水动力复杂的活跃水文生态系统和陆海相互作
淡澳河为分洪渠与响水河汇合后至白寿湾出海
用的集中地带，由于大多沿岸河口区人类活动频繁，
口段， 于 114°33'57"E、22°43'29" N 河口处汇入大亚
河口水体储存了大量污染物质，在涨落潮不稳定的
湾，是大亚湾入海河流中流量最大且水质最差的河
环境特性下，水体污染物质不断振荡难以扩散。
流。淡澳河河长 约 14 km，下游河口处宽度 为 500 m，
大亚湾是位于珠江口东侧的亚热带半封闭性海
上游河宽约 为 200 m，为较典型的上窄下宽喇叭状河
湾，近几十年随着沿岸人口增长、经济及相关产业的
口。淡澳河河段由于海水的顶托作用，污染物不易
快速发展，大亚湾水体环境富营养化问题突出 。在
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向外扩散，河段水质较差。淡澳河上游的淡澳分洪
大亚 湾 1 条入海河流中，最大的河流输入是西北部
2
渠为人工分洪渠，早期主要为缓解淡水河及其下游
的淡澳河，已有研究表明，大亚湾入海河流中淡澳河
的洪水压力，近年来随着惠阳区的发展，大量工业废水
[3]
入海污染物通量占比最高 。淡澳河为感潮河段，水
和生活污水通过淡澳分洪渠和淡澳河进入大亚湾。
流除受上游径流影响外，还受海洋潮流的强烈影响，
1.2 研究方法
不同潮流特性对河口区影响差异大，河口内段受边
1.2.1 模型选择
界约束潮波变形，因此明确该区域的潮流场及水
模拟区域包含淡澳河感潮河段及整个河口区，
动力特性，对于控制水环境污染具有极其重要的
河道与河口在横向尺度上存在很大的差异，并且区
意义。
域水动力过程复杂，对模型适用性的要求较高。EFDC
目前数值模拟是较为普遍且有效的环境建模方
模型垂向上采 用 σ 坐标变换，能较好拟合近岸复杂
法，由于天然水体是三维的，三维数值模拟能全面反
的岸线和地形，在河流、水库、湖泊、河口等多类水
映水环境系统流场的基本特征。在三维数值模拟模
体都得到广泛应用，并体现了很好的适用性。由于
型通用性上，国内鲜有模型能够实现复杂边界准确
淡澳河口水动力条件复杂，采用长期应用和改进的
拟合以及水流分层可视化精细模拟，当前应用最为
河口海岸三维数值模型，该模型已长期应用于河口
普遍的三维数值模拟模型包括美国的环境流体动力
水动力过程和盐水入侵等方向的研究，并取得了众
学（EFDC）模型 和 FVCO M 模型、丹麦 的 Mik 系列 多成果 [6-8,12-17] 。
e
]
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模型以及荷兰 的 Delft3 D 模型等 。陈青毅等 利 1.2.2 模型构建与验证
[4]
用三维数值模拟河口水库的水流流动和水体交换， 1.2.2.1 网格设置
[6
]
制定了合理的水库引排水方案；姜恒志 应 用 EFDC 模型采用水平曲线非正交网格，范围包括整个
模型建立了太湖三维水动力数学模型，分析了太湖 淡澳河河口、大亚湾和临近海区，上游流量边界设定
流场特性；齐珺等 建立三维水动力模型考察了长 为响水河与淡澳河交汇处上游 约 600 m 处，下游为
]
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江水系武汉段河床的冲淤变化。尽管国内外学者已 外海开边界。由于模拟范围较广，河道、河口和海区
在 典 型 河 流 湖 库 就 水 动 力 特 征 开 展 了 一 些 研 各区域水体空间尺度变化较大，为尽可能满足不同
究 [5-8] ，但鲜有对淡澳河下游感潮河段、河口及其毗 区域计算精度同时保证较高的计算效率，模型采用
邻海区水体交换的整体探究，有关淡澳河流域水环 变尺度网格系统，河口内网格分辨率 为 15 m×15 m～
境问题探究多集中于海水入侵带来的灾害，如土壤 40 m×80 m 不等，河口外网格较稀疏，分辨率为
盐渍化 ，以及陆地-海洋相互作用对地下水排泄的 80 m×80 m～125 m×200 m 不等。垂向采 用 σ 坐标，
[9]
影响 [10-11 ] 等方面。为系统了解该水域复杂的水动力 均匀分 为 5 层。考虑到淡澳河河口区域浅滩较多，
和咸淡水交互作用，本研究构建了淡澳河下游感潮 模型选用动边界处理，运用干湿判别法处理潮滩移
河段、河口及其毗邻海区为一体的三维水动力水质 动边界，临界水深 取 0.2 m。
模型，旨在揭示径流潮流作用下的水动力过程和内 1.2.2.2 条件设置
在影响规律。此外，考虑到充分认识不同径流量与 模型上游设置为流量型边界，下游设置为水位
潮流交互作用引发河口水环境的变化，以系统全面 边界，模型上下游边界、姚田桥和虎爪断面（国控点
地了解淡澳河口特性，笔者定量估算了不同水期盐 位）位置分布如 图 1 所示。本研究模 拟 201 年 1 月
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水入侵特征、咸淡水交互与水质的响应关系，以期为 1 日—1 月 3 日淡澳河口—大亚湾区水动力水质
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淡澳河流域水环境治理提供依据。 过程，上边界采用日流量过程，下边界由潮位驱动，